Energy Economy Hidroelectric Dr. Cahit Karakuş, 2018
What is it? Flowing water is used to turn a turbine which generates electricity. Disadvantages The dam is expensive to build. By building a dam, the nearby area has to be flooded and this could affect nearby habitats. If it does not rain much we may not have enough water to turn the turbines. Advantages When the electricity is generated, no greenhouse gases are made. The water used is free. It is a renewable energy source.
HİDROELEKTRİK SANTRALLAR Anadolu da ilk baraj, Hititler tarafından MÖ. 1300 yılında inşa edilmiştir. Dara Barajı, Anadolu da Mardin de 6. yüzyılda kurulmuştur ve bu baraj dünyadaki ilk ince kemer tipli baraj olarak kaydedilmiştir. Osmanlılar zamanında İstanbul da inşa edilen su taşıma sistemlerinin ve barajların bazıları hala kullanımdadır. Türkiye Cumhuriyeti dönemindeki ilk baraj 1936 yılında açılan ve Ankara nın içme suyunu temin amacıyla yapılan Çubuk-1 Barajıdır. Türkiye de 1950 lerde yılda sadece 800 GWh enerji üretimi kapasitesi varken, bugün bu oran yaklaşık 400 kat artarak yılda 310.000 GWh düzeylerine ulaşmıştır. 62 GW a ulaşan kurulu güç ile yılda yaklaşık 360.000 GWh enerji üretimi mümkündür. Arızalar, bakım onarım, işletme programı politikası, küresel ekonomik kriz, tüketimde talebin azlığı, kuraklık, randıman vb. sebeplerle, kapasite kullanımı % 74 düzeylerinde gerçekleşmektedir.
Hidroelektrik santralar ırmaklara kurulan barajlar üzerinde yapılmaktadır. Barajların, elektrik üretiminin yanı sıra; Yerleşim yerlerinin suyunu karşılama Sel ve taşkınları önleme Tarım arazilerini sulama Balıkçılık Ağaçlandırmaya katkı Erozyonu önleme Turizmi geliştirme Ulaşım İklimde yumuşama gibi yararları vardır.
Bir Hidroelektrik Santralde Toplam Güç Çıkışı ve Kayıplar 9
HAVZALARA GÖRE POTANSİYEL
13
Türkiye hidroelektrik santralleri haritası
DÜNYA HİDROELEKTRİK POTANSİYELİ * TEORİK TEKNİK EKONOMİK TANIMLAMA POTANSİYEL POTANSİYEL POTANSİYEL (GWh) (GWh) (GWh) AFRİKA 4.000.000 1.665.000 1.000.000 ASYA 19.000.000 6.800.000 3.600.000 AVUSTRALYA/OKYANUSYA 600.000 270.000 105.000 AVRUPA 3.150.000 1.225.000 800.000 KUZEY VE ORTA AMERİKA 6.000.000 1.500.000 1.100.000 GÜNEY AMERİKA 7.400.000 2.600.000 2.300.000 DÜNYA 40.150.000 14.060.000 8.905.000 TÜRKİYE 433.000 216.000 160.000 ** * Kaynak : Hydropower & Dams World Atlas
ÜLKEMİZİN SU POTANSİYELİ Yıllık Yağış : 501 milyar m 3 Yıllık Kullanılabilir Yerüstü Suyu : 98 milyar m 3 Yıllık Kullanılabilir Yeraltı Suyu : 14 milyar m 3 Yıllık Toplam Kullanılabilir Su : 112 milyar m 3 DSİ Sulamalarda Kullanılan: 32 milyar m 3 (% 73) İçme Suyunda Kullanılan : 7 milyar m 3 (% 16) Sanayide Kullanılan : 5 milyar m 3 (% 11) Toplam Kullanılan Su : 44 milyar m 3 16
17
Santral binası İçine türbinler ve yardımcı sistemler ile jeneratörler gibi elektromekanik; koruma, kontrol kumanda gibi elektrikli teçhizatın yerleştirilmesine yarayan binadır. Santral çıkış suyu kanalı Türbinlerden çıkan suyun nehir yatağına iletimini sağlayan bir tesistir. Şalt tesisleri Transformatörler, elektrikli devre kesicileri, ayırıcılar gibi elektrikli teçhizatın monte edildiği bölümlerdir.
Dip savak tesisleri Baraj gölü suyunu gerektiğinde nehir yatağı mansabına bırakmaya yarayan tesislerdir. Dolu savak tesisleri Aşırı yağışlı yıllarda baraj gölü maksimum su seviyesine kadar dolduğu zaman, baraj gövdesinin zarar görmemesi için fazla gelen suların nehir yatağının mansabına atılmasını sağlar.
Hidroelektrik Santrallerin Ana Elemanları o Salyangoz (spiral) Cebri boru sonuna monte edilen, salyangoz biçimindeki basınçlı su haznesi, suyun çarka çevresel olarak ve her bir noktadan eşit debide girmesini sağlar. Sabit kanatçıkları suya yön verir, açılıpkapanabilir kanatçıkları ise çarka verilen suyun debisini ayarlar.
o Jeneratör Elektrik enerjisinin üretildiği elemandır. Rotor, stator, yatak, soğutma sistemi, koruma sistemi, kumanda sistemi, doğru akım sistemi, kesici ve ayırıcılardan oluşur. Elektrik enerjisi stator sargılarından alınır. otürbin Çark, şaft, kapak, hız regülatör sistemi, türbin yatağı ve soğutma sisteminden oluşur. 21
o Transformatör: Gerilimi yükseltme ya da alçaltma işlevini üstlenmişlerdir. Tek fazlı, üç fazlı olabilirler. o Şalt alanı Transformatörden çıkan yüksek gerilimli enerjinin iletim hatlarına bağlantı noktasıdır. Kesiciler, ayırıcılar, topraklama sistemi, koruma sistemi gibi kısımları vardır.
TÜRBİNLER Türbinler, akışkanın hidrolik enerjisini mekanik enerjiye çeviren makinelerdir. Basit olarak bir mil ve mil üzerindeki kanatçıklardan oluşurlar. Sistemdeki akışkan (su) türbinin kanatçıklarına çarparak türbin miline hareket verir. Hareket milin çıkışında mekanik işe dönüşür ve jeneratörler ile elektrik üretilir. Su türbinleri kullanım alanlarına, ürettikleri güce, güç üretme biçimlerine göre değişik şekillerde sınıflandırılabilirler. 23
Düşü değerine göre türbinlerin sınıflandırılması Düşü Sınıfı Yüksek Düşü (>50m) Orta Düşü (15 50m) Düşük Düşü (<15m) Aksiyon (Etki) Pelton Turgo Multi jet Pelton Cross flow Turgo Multi jet Pelton Cross flow Türbin Tipi Reaksiyon (Tepki) Francis (salyangozlu) Francis (açık su odalı) Propeller Kaplan
Özgül hızlara göre türbinlerin sınıflandırılması Türbin Tipi Özgül Hız (ns-d/dak) Pelton 12 30 Turgo 20 70 Cross flow 20 80 Francis 80 400 Kaplan 340 1000
PELTON TÜRBİNLERİ 150 m brüt düşünün üzerinde Pelton türbini kullanılır. Mikro hidrolik sistemlerde daha alçak düşülerde de bu türbin kullanılabilir. Bu tip türbinlerde suyun enerjisi önce bir borudan geçirilip, çıkış ağzında su jeti haline getirilerek, kinetik enerjiye dönüştürülür. Daha sonra bu jet, kap şeklindeki rotor kanatlarına püskürtülür. Pelton türbinleri, düşey veya yatay olarak konumlandırılır. Jetlerin sayısını artırarak bir rotordan sağlanan gücü arttırmak mümkündür. 26
Pelton Türbin yapısı ve çalışma prensibi 27
Güç artıkça bu tip türbinlerin çarkının çapı büyür ve türbin yavaş döner. Eğer bu durum problem olarak kabul edilmezse Pelton türbini rahatlıkla alçak düşülerde de kullanılabilir. 28
22.11.2018 29
TURGO TÜRBİNLERİ Çalışma prensibi bakımından Pelton türbinlere benzeyen Turgo türbinlerin kepçe yapıları farklılık gösterir. Düşük maliyet, daha hızlı devir sayısı gibi özellikleri vardır. Aynı güçteki bir Pelton türbinin çark çapının yaklaşık bir buçuk katıdır. Bu da daha yüksek devir sayılarına çıkmasını sağlar. 30
BANKİ (Michell - Ossberger) TÜRBİNLERİ Banki türbin tipini Macar asıllı Banki ile İngiliz asıllı Michell bulmuştur. Genel olarak Banki (Michell-Ossberg) su türbini olarak adlandırılır. Küçük ve orta güçlü su kuvvetlerinde rahatlıkla kullanılır.. Verimleri % 80 civarıdır. Dönme sayıları ise 50 ila 200 d/dak arasında değişir. Su türbini, gövde, tambur tipi dönel çark ve yönelticiden oluşur. Bu tip türbinlerin en önemli özelliği suyun dönel çarktan iki kez girip çıkmasıdır. 31
Banki-Michell Ossberger Su Türbininin Genel Görünüşü 32
FRANCİS TÜRBİNİ Su, dönel çarka dıştan girip, çark kanatları boyunca aşağıya doğru giderek çarkı terk eder. Türbin tipi karşı basınçlıdır (Reaksiyon tipi). 600 m düşüye kadar çalışır ve 500 MW a kadar güç elde edilebilr. Pelton türbinine göre avantajı, daha küçük boyutlarda imal edilerek, daha yüksek dönme sayılarında çalıştırılabilir. Türkiye de DSİ denetiminde bulunan su türbini tesislerin büyük çoğunluğunda Francis tipi türbin kullanılmaktadır. 33
22.11.2018 34
Dikey Eksenli Francis Türbini 35
Francis Tipi Dönel Çark 36
KAPLAN (Uskur Tipi) TÜRBİNİ 1913 yılında Prof. Victor Kaplan tarafından patenti alınan bu türbin tipi eksenel olarak dönmekte ve etki türbinleri sınıfına girmektedir. Yani suyun girişi ile çıkışı arasında basınç farkı vardır. Yüksek debi ve alçak düşülerde (80 m altı) çalışırlar. Kaplan türbinleri ya salyangoz gövdeli veya boru tipi olarak imal edilirler. Kaplan tipi türbinler klasik nehir türbinleri olarak ta ifade edilirler. Kaplan türbininin, gemi pervanesine benzeyen, ama onun tersi biçimde çalışan bir çarkı vardır. Bu türbinlerde su giriş ve çıkışı aynı eksendedir. 37
Kaplan Türbin Çarkı ve Çalışma Prensibi 38
ATATÜRK BARAJI KEBAN BARAJI
KARAKAYA BARAJI GÖKÇEKAYA BARAJI
4628 sayılı Kanun gereğince piyasada faaliyet gösterebilmek için EPDK dan lisans alma zorunluluğu getirilmiştir. Türkiye de lisans almış işletmede olan veya incelemesi devam eden projelerin kurulu güç dağılımına bakıldığında, büyük çoğunluğunun 10 MW ın altında küçük HES ler olduğu görülür. DSİ tarafından EPDK ya ulaştırılmamış olan projelerin de büyük bir bölümü 10 MW ve altında yer almaktadır. Türkiye de halen üretilen hidroelektrik enerjinin %71 i kurulu güçleri 100 MW ın üzerinde 30 adet santralden elde edilmektedir.
Kaynaklar Power Management in Energy Harvesting Power Supplies,1st International Workshop on Power Supply on Chip (PwrSoC) 08, 22.09.08, Cork, Ireland. Wind Power Fundamentals, Presented by: Alex Kalmikov and Katherine Dykes With contributions from: Kathy Araujo PhD Candidates, MIT Mechanical Engineering, Engineering Systems and Urban Planning, MIT Wind Energy Group & Renewable Energy Projects in Action, Enerji Ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı İle Bağlı, İlgili Ve İlişkili Kuruluşlarının Amaç Ve Faaliyetleri Ankara, 2016 Energy Fact Book, 2016 2017. Türkiye nin Enerji Potansiyeli ve Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Elektrik Enerjisi Üretimi Açısından Önemi, Mutlu YILMAZ, Ankara Üniversitesi Dil ve Tarih-Coğrafya Fakültesi, Coğrafya Bölümü, Ankara, 2012. BP Statistical Review of World Energy 2018. Clean Energy Investment Trends, Abraham Louw, January 16, 2018. Perspectives for the Energy Transition Investment Needs for a Low-Carbon Energy System, The International Renewable Energy Agency (IRENA) Vizyon 2023 teknoloji öngörü projesi, Enerji ve doğal kaynaklar paneli raporu, Yrd.Doç.Dr. Handan ÇUBUK, Tubitak, 24 TEMMUZ 2003, ANKARA 2016 Elektrik Üretim Sektör Raporu, Elektrik Üretim Anonim Şirketi, Araştırma Planlama Ve Koordinasyon Dairesi Başkanlığı, İstatistik ve Araştırma Müdürlüğü, Mayıs 2017 Enerji Yönetimi Ders Notları, Yrd.Doç.Dr. Kemal ÜÇÜNCÜ, Orman Endüstri Makinaları ve İşletme Anabilim Dalı, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Trabzon 2016. World Energy Issues Monitor 2017, The World Energy Council. Ders Notları from Internet.